有色金属热处理第三章 镁及镁合金
浅谈镁合金材料的热处理方法
浅谈镁合金材料的热处理方法摘要：镁在地壳中的含量很高，但由于纯镁的抗拉强度和硬度很低，所以在生产生活中一般通过加入合金元素，与镁形成固溶体进而提高其力学性能。
除此以外镁合金还可进行热处理，主要包括T2、T4、T5、T6 等热处理方法，改善合金使用性能和工艺性能、发挥材料潜力的一种有效的方法。
镁合金热处理的目的是在不同程度上改善它的力学性能，比如抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等。
镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，在地壳中是第八丰富的元素，约占地球壳层质量的1.93%。
其在海洋质量含量为0.13% 。
镁的抗拉强度和硬度很低。
一般通过加入合金元素，与镁形成固溶体，或是在固溶体中加入一定数量的过剩强化相来强化合金，即固溶强化和第二相强化[1] 。
除此加入合金元素外还可以通过热处理来提高镁合金的性能[2] 。
热处理是改善合金使用性能和工艺性能、发挥材料潜力的一种有效的方法。
镁合金热处理的目的是在不同程度上改善它的力学性能，比如抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、冲击韧性和伸长率等。
其热处理方法有以下几类：T1—部分固溶加自然时效；T2 —铸后退火；T3—固溶加冷加工；T4 —固溶处理；T5—人工时效；T6—固溶处理加人工时效；T7 —固溶处理加稳定化处理；T8 —固溶处理、冷加工加人工时效。
其中最常用的为T2 、T4、T5、T6 热处理方法。
关键词：镁合金热处理材料成型一、T2 、T 4、T 5、T 6 热处理方法1 T2 处理又称均质化退火，其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。
减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。
凝固过程中模具的约束、热处理后冷却不均匀或者淬火引起的收缩等都会导致镁合金铸件中出现残余应力。
此外，机加工过程中也会产生残余应力，所以在最终机加工前最好进行中间去应力退火处理。
2 T4 处理[3]T4即固溶处理后进行自然时效。
镁及镁合金阳极氧化工艺综述
镁及镁合金阳极氧化工艺综述
镁及其合金是轻质金属，其强度、韧性及耐腐蚀性都很好，几乎可以实现金属和非金属间的组合，是工业领域的热门材料。
因此，镁及其合金广泛应用于太阳能电池阳极、航空航天材料以及汽车工程等行业中。
从上世纪以来，镁及其合金的阳极氧化技术就受到了重视和研究。
镁及其合金阳极氧化是一种简单、快速、高精度和可靠的热处理方法，旨在改善金属表面结构、性质和外观。
由于镁合金没有腐蚀性，因此阳极氧化对镁及其合金的可行性也得到了肯定。
镁及其合金阳极氧化是一种长期发展的技术，主要分为化学阳极氧化、物理阳极氧化和电化学阳极氧化三种工艺方式。
其中，化学阳极氧化法利用溶液介质，通过溶解金属微量元素来获得表面膜层。
物理阳极氧化则更倾向于光学应用，能够改善材料的表面结构和外观。
而电化学阳极氧化则侧重于快速腐蚀金属表面，以提升耐腐蚀性能。
在这三种工艺中，镁及其合金的电化学阳极氧化是最被重视的。
它是一种快速制造技术，不仅能短时间实现阳极氧化，而且对镁及其合金的耐腐蚀性能也有很大帮助。
但是，由于电化学阳极氧化需要非常复杂而且比较昂贵的设备，因此一般来说每次处理费用比较高。
随着节能环保意识的增加，镁及其合金的阳极氧化技术将越来越受到重视，也将发挥更大的作用。
接下来，尚待研究者从更多角度对镁及其合金阳极氧化技术进行深入研究，寻求出更加有效、高效而可持续的工艺方法。
镁及镁合金
11.5 20.0
2.5 9.0
45 45
8 11.5
9 12.5
30Байду номын сангаас36
物理性能 比重 传热系数
单位
AZ91
AM60
A380 DC
A356 T6
尼龙 ABS
钢
g/cm3 W/m· k
1.81 51
1.79 61
国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒脱硫效果比 碳化钙好，虽然镁价格比碳化钙高，但用量为碳化钙的1/6～1/7，镁脱硫比 碳化钙经济。吨钢消耗镁粒0.4～0.5公斤，脱硫后含硫量0.001～0.005%。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
186
205 90
无缺口冲击强度
有缺口冲击强度 延伸率 弹性模量
J
J % GPa
6
1.5 3 45
22
3.2 8-15 45 60 0.35
3.5
4 72
11
5 73 8 8.9 17 2.1 30-50 207
剪切模量
布氏硬度 泊松比
GPa
14
65 0.35
27
80 0.33
28
80
83
140 0.30
50 40 30
80 70 60 50 40 30 20 10 0
万吨
98
00
02
04 20
年度
19
20
20
世界镁产量 中国镁产量
镁及镁合金
镁合金的发展现状及应用摘要镁及镁合金具有比强度、比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航空、航天和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，并被称之为21世纪的绿色工程材料。
本文根据近年来国内外发表和公布的有关镁合金的文章和信息，介绍了镁合金的发展现状和应用。
关键词：镁，镁合金，发展现状，应用1镁及镁合金的发展简介镁是地球上排位第八的富有元素，其含量约占地壳重量的2％，镁同时也是海水中的第三富有元素，约占海水重量的0.13％。
镁有60多种矿产品，其中白云石(CaCO3·MgCO3)，菱镁矿(MgCO3)，氨氧镁石(Mg(0H)或MgO·H2O)，光卤石(MgC12·KCl·H2O)，橄榄石(Mg2Fe2SiO4)和蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)最具商业开采价值。
1808年英国的Sir Humphry Davy首先发明了用金属钾蒸汽还原氧化镁而制得金属镁的方法。
1863年法国的Deville和Caron发明了用钠还原无水氯化镁及氟化钙的混合物制镁，由此揭开了工业上大规模制造金属镁的序幕，并随着电解无水氯化镁制镁工艺的产生而得到了迅速发展。
1986年。
德国首先将镁合金用于飞机制造业。
美国的第一家镁生产厂由美国通用电器公司于1914年建立，并在二次世界大战期间由于镁燃烧弹的大量需求而得到迅速发展。
1944年世界镁合金的消耗量达到228,000吨，但战后又降低到每年10,000吨的水平。
直到1998年，随着镁的研究和应用水平的提高，其年消耗量才提高到360,000吨，此后以每年7％～9％的速度递增[1]。
我国自20世纪90年代初开始出口原金属镁，2001年出口量达到20万吨，占世界镁市场总需求量的40％以上[2]。
镁合金的热处理工艺与力学性能优化
镁合金的热处理工艺与力学性能优化在当今工业领域中，镁合金由于其优异的力学性能和较低的密度而备受关注。
然而，镁合金的综合性能受到热处理工艺的影响，在工业应用中具有重要意义。
本文将探讨镁合金的热处理工艺及力学性能优化的方法。
一、热处理工艺的基本原理热处理是指通过加热和冷却等工艺操作，改变材料的显微组织和力学性能。
对于镁合金而言，主要包括固溶处理和时效处理两个阶段。
1. 固溶处理固溶处理是指通过加热镁合金到一定温度，使其固解体中的非稳定相或析出相溶解于基体中，形成固溶体。
镁合金的固溶温度通常在450℃-500℃范围内，时间取决于合金的成分和厚度。
2. 时效处理时效处理是在固溶处理完成后，将材料进行特定温度下的保温处理，以实现析出相的形成和析出相粒子尺寸的增长。
时效温度通常在100℃-250℃之间，时间也根据合金的具体需求进行调控。
二、热处理对力学性能的影响热处理对镁合金的力学性能有着显著影响，主要体现在以下几个方面：1. 强度与硬度通过适当的固溶处理和时效处理，能够提高镁合金的抗拉强度和硬度。
适当的固溶处理有助于消除合金中的组织缺陷，提升结晶度和强度，而时效处理则能进一步提高合金的硬度。
2. 韧性在热处理过程中，通过调控固溶温度和时效时间，可以使镁合金中析出相的尺寸和分布均匀化，从而提高合金的韧性。
均匀分布的析出相能够限制晶界滑移和裂纹扩展，从而提高镁合金的抗拉伸性能。
3. 耐蚀性适当的热处理工艺能够改善镁合金的耐蚀性能。
通过固溶处理和时效处理可以调控合金中的析出相含量和类型，进而改善合金的耐蚀性能。
例如，合金中的镁铝相能够提高合金的耐蚀性。
三、力学性能优化的方法为了优化镁合金的力学性能，可以采取以下几种方法：1. 优化热处理工艺参数通过调节固溶和时效处理的温度、时间和冷却速率等工艺参数，可以获得适合特定应用需求的镁合金。
不同合金成分对应不同的热处理参数，因此需要对不同合金进行个性化的热处理优化。
2. 添加合金元素通过添加适量的合金元素，如铝、锌、锰等，可以调节镁合金的相结构、晶粒尺寸和析出相的类型，从而优化合金的力学性能。
镁合金的热处理与力学性能研究
镁合金的热处理与力学性能研究镁合金作为一种轻质高强度材料，具有广泛的应用前景。
但是，由于镁合金的低熔点和高固溶度，使得其在加工和使用过程中容易发生晶粒长大、力学性能下降等问题。
因此，研究镁合金的热处理方法以及其对力学性能的影响，对于进一步提高镁合金的应用性能具有重要意义。
一、热处理方法1. 固溶处理固溶处理是对镁合金进行热处理的一种常用方法。
通过在高温下加热镁合金，使其中的合金元素溶解于基体中，然后在适当的速度下冷却，从而达到改善镁合金组织和性能的目的。
2. 时效处理时效处理是指在固溶处理后，将镁合金在适当的温度下保持一段时间，以促进析出相的形成和组织的稳定。
3. 淬火处理淬火处理是通过将加热至高温的镁合金迅速冷却至常温，以改变其组织和性能的方法。
淬火能够使镁合金中的相转变、晶粒细化，并提高材料的强度和硬度。
二、热处理对力学性能的影响1. 强度和硬度的提高热处理能够减少镁合金中的晶界、亚晶界和位错，促使其晶粒细化，从而提高了材料的强度和硬度。
此外，通过合理的热处理方法，还能促使析出相的形成，进一步提高镁合金的力学性能。
2. 可塑性的改善热处理能够改善镁合金的可塑性，降低其断裂韧性，从而增加了材料的加工性能。
通过热处理使镁合金中的晶粒细化和析出相的形成，能够提高材料的成形能力，减少加工过程中的损伤和断裂。
3. 耐腐蚀性能的提升热处理可以减少镁合金中的含氧化物和含气孔，改善材料的表面质量和耐腐蚀性能。
热处理还能够促使形成致密的氧化膜，提高材料的耐蚀性和耐氧化性。
三、热处理工艺优化的研究针对不同类型的镁合金，研究者通过调整热处理工艺参数，优化镁合金的组织和性能。
例如，通过改变固溶处理温度、时效处理时间和淬火速度等工艺参数，可以实现镁合金力学性能的最佳化。
此外，还可以通过引入微合金元素、添加合适的强化相等方法来改善镁合金的力学性能。
研究者们也通过采用不同的热处理方法结合其他表面处理技术，如电沉积、喷涂等，进一步提高镁合金的耐腐蚀性、磨损性和疲劳寿命等。
镁及镁合金
镁及镁合金一、引言镁合金从19世纪应用到现在已有近200年的历史。
主要用于制备铝合金、钢铁脱硫等,作为工程材料使用较少，主要应用于航空、航天领域。
随着社会的快速发展，金属材料的消耗日益曾多，对铁、铝、铜等金属的需求持续增长，常用的金属资源已经表现出逐年短缺的势态，而镁是世界上最丰富的矿产资源之一，其在地壳中的储量极其丰富，约占地壳总储量的2.77%，居矿产资源的第8位。
在大多数国家都能发现镁矿石，而且海水中含有0.13%的镁，因而海水为人们提供了取之不尽的镁资源。
但是由于镁的性质限制，它并不适合直接应用于各个领域，通常我们直接使用的大多是镁合金。
我们常见的镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（AZ）、Mg-Al-Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（AS）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金。
从20世纪80年代后至今，镁合金在工程领域的广泛应用越来越受到重视，90年代之后得到突飞猛进的发展。
近10年来，全世界的镁产量翻了一倍。
世界各国纷纷把镁资源作为21世纪的重要战略资源进行规划，并为攻克镁合金在各个生产环节的关键技术进行了大型的综合性研究。
我国镁资源丰富，菱镁矿储量、原镁产地、产量和出口均居世界首位，其中原镁约占世界总产量的70%。
但是我国在研究和应用领域与发达国家之间还有很大的差距。
二、镁及镁合金的发展历史镁于1774年首次被发现，并以希腊古城Magnesia命名，元素符号为Mg，1808年，英国的戴维，用钾还原白镁氧（即氧化镁MgO），最早制得少量的镁。
物理性质：银白色的金属，密度1.738克/厘米3，熔点648.9℃。
沸点1090℃。
化合价+2，电离能7.646电子伏特，是轻金属之一，具有延展性，金属镁无磁性，且有良好的热消散性。
中文名： 镁外文名： Magnesium化学式： Mg相对原子质量：24.3050 化学品类别： 活泼金属单质 管制类型： 镁粉(*)（易制爆）,其余性状不管制 储存： 密封阴凉干燥保存1866年镁合金在德国开始工业化生产，1930年德国首次在汽车上运用镁合金73.8KG,1935年苏联首次将镁合金用于飞机生产，1936年德国大众用压铸镁合金生产“甲壳虫”汽车发动机传动系统零部件，1946年达到单车镁合金用量18KG ，1938年英国伯明翰首次将镁合金应用于摩托车变速箱壳。
镁铝合金知识及题目
镁铝合金知识及题目镁合金加工注意事项：镁及其合金对氧具有很高的化学亲和力，特别是在熔化和碎屑、粉尘状态下，更增加了与氧接触表面，当加热温度达到400℃~430℃以上就有产生燃烧爆炸的危险。
（1）镁及镁合金机械加工主要防火安全要求：加工时最好与黑色金属加工分开，设在单独的隔离内：为了避免摩擦发热，避免碎硝粉尘，应尽量选用大前、后角、大排屑槽的锋利刀具，选用大走刀量和大切削深度，切削进给结束要立即退刀；不得使用含水份的冷却液，切屑时应及时清除并存放在指定地点，不得与其它切屑混在一起；切屑起火可用干砂扑灭，切不可用水。
（2）镁合金熔化防火安全要求：镁合金熔化不仅容易引起燃烧，而且使用氟化物作熔剂腐蚀相当严重。
因此镁合金的熔化，浇铸应在一、二级耐火等级具有特殊抗腐蚀措施的单独厂房，熔化和浇铸地方不准敷设蒸气和水管，用水浸润坩锅应在有防火隔墙的单独房间；熔化镁合金是在溶剂层下进行的。
熔剂形成熔融状隔膜，使熔融的镁合金与空气隔离，防止氧化燃烧；在砌炉衬或修炉时，不要使用水玻璃或其它硅酸盐和硅砖，因为万一发生坩锅烧穿时，熔融的镁合金与其作用可能发生爆炸，应保证坩锅制造质量，定期检查和清除氧化皮，如底部厚度减薄超过原有50%应予报废，发现坩锅外壁有干枯熔剂，即表明已有渗漏，应报废；坩锅开始有渗漏现象，即发现炉膛内产生白烟，应立即停止加温查明原因，如烟雾急剧增加、应立即将镁合金熔液掏出或将坩锅吊起，注入干燥并经过予热的槽子或镁模内；在扑灭熔融或坩锅烧穿流入炉膛内的镁合金必须用镁合金专用灭火剂，如发生小型燃烧，也可用镁合金型砂扑灭。
注意切不可用砂子，因为砂中的二氧化硅与燃烧的镁起反应，会放出大量的热，反而促使镁的燃烧。
（3）镁合金焊接、热处理的防火安全要求：镁合金焊接、热处理在预热和加热前应除去零件上的毛边和镁合金碎硝，零件不得和加热炉的电阻丝直接接触，在盐炉内进行热处理时严格控制温度，一般不应超过430℃。
镁合金着火后灭火通常采用以下几种材料或方式：D级灭火器：其材料通常使用氯化钠基粉末或一种经过钝化处理的石墨基粉末，其原理是通过排除氧气来闷熄失火。
热处理工艺对镁合金材料的力学性能和耐热性的优化
热处理工艺对镁合金材料的力学性能和耐热性的优化热处理工艺对镁合金材料的力学性能和耐热性的优化镁合金由于其优异的性能，如低密度、高比强度、良好的自锁性能和抗冲击性能等，在航空、汽车、电子等领域得到广泛应用。
然而，由于镁合金材料的低熔点和高灵敏度，其力学性能和耐热性需要通过热处理工艺进行优化，以满足不同应用领域的需求。
热处理工艺是通过控制材料的温度和冷却速率来改变其组织和性能的过程。
对于镁合金材料来说，最常用的热处理工艺包括固溶处理、时效处理和退火处理。
固溶处理是将合金加热至固溶温度以上，使合金元素均匀溶解在溶液中，然后通过快速冷却来固定组织。
时效处理是在固溶处理完毕后，将合金加热至较低的温度，通过时间来调整组织和性能。
退火处理是将合金加热至较高的温度，然后在较慢的冷却速率下，使组织得到重新恢复。
热处理工艺对镁合金材料的力学性能的优化具有显著的影响。
通过固溶处理可以提高镁合金材料的塑性，使其具有更好的可加工性。
固溶处理可以消除材料中的残余应力和缺陷，从而提高其抗拉强度和延伸率。
时效处理可以通过组织的时效硬化来增加材料的强度和硬度。
退火处理可以通过消除材料中的应力和缺陷，使其具有更好的塑性和韧性。
热处理工艺对镁合金材料的耐热性的优化同样具有重要的作用。
镁合金材料具有低熔点和高活化能，容易在高温下发生蠕变和热裂敏化等问题。
通过热处理工艺，可以改变材料的晶粒尺寸和晶界的特性，从而提高材料的耐高温性能。
固溶处理可以减小晶粒尺寸，提高材料的界面密度，从而提高材料的耐蠕变性能。
时效处理可以通过析出相的形成来增加材料的强度和耐蠕变性能。
退火处理可以消除材料中的残余应力和缺陷，从而提高材料的抗热裂敏化性能。
总的来说，热处理工艺对镁合金材料的力学性能和耐热性的优化具有重要的作用。
通过合理的热处理工艺，可以提高镁合金材料的可加工性、强度、硬度、塑性和韧性，并增加材料的耐高温性能。
然而，热处理工艺的优化需要充分考虑材料的成分、组织和性能需求，确保最终的产品能够满足实际应用的要求。
金属的熔炼与凝固三有色金属及合金熔体的净化
澄清除渣原理
• 球形固体夹杂颗粒在液体中上浮或下沉的速度服 从Stokes定律：
v 2r2(2 1)g 9
• 式中v为夹杂物上浮或下沉的速度； η为金属液 的粘度；r表示球形夹杂半径; ρ1为颗粒的密度， ρ2为金属的密度，g是重力加速度。
澄清除渣原理
• 夹渣的上浮或下沉速度与两者的比重差成正比， 与熔体的粘度成反比，与夹渣颗粒半径平方成正 比。
• 如冰晶石能溶解约18.5%的Al2O3。 通常认为，冰晶石是溶解Al2O3的最好熔剂。
4.1.2.4 过滤除渣
• 目前，材料生产中难度最大的课题之一是 饮料罐的深冲和箔材的加工问题。熔体中 残留微米级的夹渣就会给加工带来不良影 响。
• 上述几种精炼法对于与熔体密度相差不大、 粒度甚小而分散度极高的非金属杂物是无 能为力的。因此，各种物理过滤除渣法就 应运而生。
过滤法是让铝合金熔体通过中性或者活性材 料制造的过滤器，借以分离悬浮在熔体中的 固态夹杂物的净化方法，主要包括玻璃丝布 过滤、刚玉微孔陶瓷管过滤、陶瓷泡沫过 滤等。
有色金属及合金熔化的净化 4.3 镁及镁合金的熔体净化
4.3.1 熔体的特性
• 镁的化学活性很强，在空气中易氧化，在 原镁生产、合金熔炼及合金化过程中易产 生大量的夹杂物并带入大量的气体，由于 夹杂物和杂质会严重影响镁合金的机械性 能和抗腐蚀性能, 所以在镁合金再生过程中 需要通过熔剂精炼、熔体静置等工艺以净 化镁合金熔体。
• 吸附净化主要利用精炼剂的表面作用 • 向金属熔体中导入惰性气体或加入熔剂产
生中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮 状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在 气泡表面而被带出熔体。
• 气泡或熔剂之所能吸附熔体中的非金属夹杂物， 是受界面能的作用，驱动力是界面能的降低。
镁及镁合金
前言镁的资源丰富，约占地壳质量的２％，海水质量的０．１４％。
每１ｍ３海水可提取１ｋｇ以上的镁，盐湖中的镁含量也非常高，加之镁材可以回收利用，因此镁可谓是“用之不竭”的金属。
镁在工程金属中最显著的特点是质量轻。
镁的密度为１．７３８ｇ／ｃｍ３，约为钢的２／９，钛的２／５，铝的２／３，Ｍｇ－Ｌｉ合金密度小于水的密度，是迄今最轻的金属材料。
镁材还具有比强度、比刚度高，减振性能好，抗辐射能力强等一系列优点，必将发展为十分重要的金属结构材料和功能材料。
然而，目前镁的实际应用尚少。
“在材料领域中还没有任何材料像镁那样，潜力与现实有如此大的颠倒”。
究其原因主要是：第一，镁的晶体结构为密排六方，塑性加工困难，至今主要应用铸造产品，变形产品很少。
对于金属材料，变形产品的综合性能优于铸造产品，其用途和产量远远超过铸造产品，而镁材尚未达到这一境地。
第二，镁的氧化膜（ＭｇＯ）不致密，耐蚀性能差，工件必须进行可靠的表面处理。
第三，产品成本尚高。
这些问题应通过科学技术的进步加以解决，但过去人们对镁材的基础理论研究和开发应用都不够。
１．１．３质量特性纯镁的密度在２０℃时为１．７３８ｇ／ｃｍ３，在熔点附近，固体状态密度约为１．６５ｇ／ｃｍ３，液体状态密度约为１．５８ｇ／ｃｍ３。
纯镁在凝固过程中的液固体积收缩率为４．２％，线收缩率为１．５％。
从６５０℃冷却至２０℃，体积收缩率为５％，线收缩率为１．７％。
１．１．４热学性能熔点：在大气压下，纯镁的熔点为（６５０±１）℃，熔点随环境压力的增加而升高。
沸点：在大气压下，纯镁的沸点为１０９０℃燃烧点：在空气炉中加热时为６１５℃。
１．３化学性能１．３．１一般化学特性镁是化学性能非常活泼的金属，镁的标准电极电位Ｅ＝－２．３７Ｖ，在ＮａＣｌ溶液和一般环境介质中，镁与其他工程结构用金属相比具有最低电位，即对其他结构金属呈阳性，因此，镁成为常用的工程构件阴极保护系统的牺牲阳极。
一般来说，镁是耐碱的。
镁及镁合金熔炼特点
镁及镁合金熔炼特点镁合金的熔点不高，热容量较小，在空气中加热时，氧化快，在过热时易燃烧；在熔融状态下无熔刘保护时，则可猛烈地燃烧。
因此，镁合金在熔铸过程中必须始终在熔剂或保护性气氛下进行。
熔铸质量的好坏，在很大程度上取决于熔剂的质量和熔体保护的好坏。
镁氧化时释放出大量的热，镁的比热容和导热性较低，MgO疏松多孔，无保护作用，因而氧化处附近的熔体易于局部过热，且会促进镁的氧化燃烧。
镁合金除强烈氧化外，遇水则会急剧地分解而引起爆炸，还能与氮形成氮化镁夹杂。
氢能大量地溶于镁中，在熔炼温度不超过900℃时，吸氢能力增加不大，铸锭凝固时氢会大量析出，使铸锭产生气孔并促进疏松。
多数合金元素的熔点和密度均比镁高，易于产生密度偏析，故一次熔炼是难以得到成分均匀的镁合金锭。
有时采用预制镁合金，再重熔的办法。
为防止污染合金，熔炼镁合金时不宜用一般硅砖作炉衬。
由于镁合金对杂质也很敏感，如镍、被含量分别超过0．03%及0.01%时，铸锭便易热裂，并降低其耐蚀性。
对熔剂要求很严格，要有较大的密度和适当的黏度，能很好地润湿炉衬。
在熔炼过程中熔剂会不断地下沉，因而要陆续地添加新熔剂，使整个熔池覆盖好且不冒火燃烧。
在个别地方出现氧化燃烧时，应及时撒上熔剂将其扑灭。
用Ar、Cl2、CCl4去气精炼时，吹气时间不宜过长，否则会粗化晶粒。
用N2气吹炼时可能形成氮化镁，温度不宜过高。
镁合金的流动性较小，应稍提高浇温。
但浇温过高会使形成缩松的倾向增大。
铸锭时要注意熔体保护和漏镁放炮。
浇温和浇速过高，易产生漏镁和中心热裂；但浇温浇速过低，则易形成冷隔、气孔和粗大金属间化合物等。
此外，由于镁合金密度小，黏度大，一些溶解度小而密度较大的合金元素不易溶解完全，常随熔剂沉于炉底，或随熔剂悬浮于熔体中成为夹杂。
因此，镁合金中常出现金属夹杂、熔剂夹渣及氧化夹渣。
归纳起来，镁合金的熔铸技术具有如下特点：1）镁的化学活性很强烈，在熔态下，极易和氧、氮及水气发生化学作用。
镁及镁合金的研究现状与进展
镁及镁合金的研究现状与进展张高会 张平则 潘俊德(太原理工大学表面工程研究所,太原 030024)摘 要:文献综述了镁及镁合金的性能特性,镁合金的合金系列,国内外镁合金的研究现状,镁合金表面处理的各种方法以及镁合金在航空航天、汽车工业、电子工业及民用各个领域的广泛应用,展望了镁合金的应用前景。
关键词:镁 镁合金 表面处理R esearch and Developments of Magnesium and Magnesium AlloysZHANG G aohui ZHANG Pingze PAN Junde(R esearch Insistute of Surface E ngineering of T aiyu an U niversityof T echnology,T aiyu an 030024)Abstract:The properties of m agnesi um and its alloy,a series of m agnesi um alloy and the recent progress i n our count ry and abroad have been respectively sum m arized i n this article.Besi des those,a variety of surf ace t reat ment methods of m agnesi um alloy and the w i de applications i n the f iel ds ofaviation,automobile and elect ronic i ndust ries were also i ncl uded.In the end the development pros2 pect were viewed.K ey w ords:m agnesi um,m agnesi um alloys,surf ace t reat ment 随着21世纪的到来,保护环境,实现可持续发展,已经成为世界各个国家共同关心的问题。
热处理工艺对镁合金材料的强度和塑性的优化
热处理工艺对镁合金材料的强度和塑性的优化热处理工艺是一种重要的金属材料处理方法，可以通过改变其组织结构和性能来优化材料的力学性能。
在镁合金材料中，热处理工艺可以显著改善其强度和塑性。
首先，通过热处理工艺，可以调整镁合金的晶粒尺寸。
晶粒尺寸对材料的力学性能有重要影响。
晶粒尺寸小的材料通常具有较高的强度和塑性。
通过热处理工艺，可以通过晶粒细化技术来减小镁合金中的晶粒尺寸。
例如，采用时效处理可以使晶粒尺寸得到细化。
通过晶粒细化技术，镁合金材料的强度和塑性得到显著提高。
其次，热处理工艺还可以改善镁合金的相组成。
相组成不同的镁合金材料具有不同的力学性能。
例如，镁合金中的二次相可以有效增加材料的强度。
通过热处理工艺，可以改变相组成，增加二次相的含量并优化其分布。
例如，采用固溶处理和时效处理可以显著提高镁合金的强度和塑性。
此外，热处理工艺还可以改变镁合金的晶体结构缺陷。
晶体结构缺陷对材料的力学性能同样具有重要影响。
通过热处理工艺，可以改变材料的晶体结构缺陷，减少缺陷数量和尺寸。
例如，热处理工艺可以通过退火处理来减少材料中的晶界能量和晶界位错，提高材料的强度和塑性。
最后，热处理工艺可以改变镁合金的热处理参数，进一步优化材料的力学性能。
热处理参数包括处理温度、处理时间和冷却速度等。
通过调整这些参数，可以实现不同程度的强化和软化效果。
例如，高温处理可以提高材料的塑性，而低温处理可以提高材料的强度。
通过合理选择热处理参数，可以在强度和塑性之间找到平衡点，实现最佳的力学性能。
综上所述，热处理工艺对镁合金材料的强度和塑性具有显著的优化作用。
通过晶粒细化、相组成调整、晶体结构缺陷控制和热处理参数选择等手段，可以显著提高镁合金材料的力学性能，满足不同应用的需求。
然而，要实现最佳的力学性能，需要在热处理工艺中充分考虑不同因素的综合影响，优化处理方案，并在实际应用中进行适度调整。
在镁合金材料中，热处理工艺不仅可以提高材料的强度和塑性，还可以改善其耐腐蚀性能和疲劳寿命，从而使其在各种工程领域有更广泛的应用。
热处理对镁及镁合金氧化的影响
热处理对镁及镁合金氧化的影响热处理的影响热处理对于铸造镁合金没有任何影响，尤其是对高纯镁合金更没有影响。
但是变形镁合金热处理对提高其耐蚀性非常有效。
试验证明，镁合金经过均匀处理和淬火后，其在海水中耐蚀性最好，退火后固溶体耐蚀性最低。
加热时效温度影响铸造镁合金的盐腐蚀速度，当时效温度高于二百到二百五十摄氏度以后，AZ91D腐蚀速度显著提高。
工艺参数对镁合金耐蚀性影响很小。
高纯镁合金经过T5和T6处理以后的腐蚀速度低于0.25mm/a。
铸态和固溶处理后的晶粒尺寸越小，耐蚀性越好。
试验证明，减小壁厚有利于改善铸造镁合金的耐蚀性，但是选择合理壁厚才能达到既提高耐蚀性又提高产量的目的。
表面处理的影响表面状态对镁合金腐蚀有非常重要的影响，并且还与铁的含量有关系，可见湿砂处理的精细表面可以使腐蚀速度降低接近两倍。
镁合金的冷加工，如拉伸和弯曲，对腐蚀速度没有明显度的影响。
喷丸或者喷砂处理表面的耐蚀性能常常比较差，这并非冷加工效应所导致，而是因为表面嵌入了铁杂质。
可以通过酸洗去掉0.001~0.005mm深度的这些杂质。
若想彻底除掉杂质，最好采用氟化物处理。
镁及镁合金的氧化室温或者高于室温的干燥氯气、碘、溴和氟对镁合金几乎没有腐蚀。
溴在低于沸点的时候，及时含有0.02%H2O其腐蚀性也不大。
但是氯气中海油微量的水就会使镁合金产生剧烈腐蚀。
镁和氧有很大的亲和力，镁和铝相似，但是其还原性更强，镁比铝和氧的亲和力更大。
在高温的时候镁在空气中极易发生氧化甚至燃烧，在高温下其氧化膜无保护性。
镁和氧反应生成立方晶格的氧化镁，在氧中，前五到十分钟主要发生镁吸收氧反应，而吸氧速度迅速下降，一小时后几乎就停止了。
在空气中镁的氧化速度比在氧气中的要低很多。
温度在在四百到四百五十摄氏度的条件下，初始生成的氧化膜具有一定的保护性能。
高于四百五十摄氏度的时候，由于生成氧化物体积小于被氧化金属的体积，则氧化膜失去了其保护性能。
在高温的情况下，即使在干燥空气中镁也极易发生氧化。
热处理对镁及镁合金氧化的影响
热处理对镁及镁合金氧化的影响热处理对于镁及镁合金氧化的影响是一个重要的研究课题，因为镁及其合金具有轻质、高比强度和良好的加工性能，所以在工业和军事应用中有广泛的应用前景。
然而，镁及其合金的氧化问题限制了其应用范围，因此，通过研究热处理对镁及镁合金氧化的影响，可以帮助提高其氧化抗性，并且拓展其应用领域。
在进行研究之前，首先需要了解镁及镁合金的氧化特性。
镁在常温下会与空气中的氧气发生反应而生成一层致密、均匀的氧化膜。
这层氧化膜能够有效地保护镁基体，防止进一步的氧化。
然而，在高温下，镁及其合金往往会发生剧烈的氧化反应，氧化膜会变得松散和不均匀，从而导致材料性能下降。
热处理是一种常用的方法来改善镁及镁合金的氧化抗性。
一般来说，热处理可以通过改变镁及合金的晶体结构和氧化膜的形成过程，来影响其氧化行为。
具体而言，热处理对镁及镁合金的氧化影响主要有以下几个方面：1.晶体结构改变：热处理可以改变镁及其合金的晶体结构，从而影响其氧化行为。
例如，通过快速冷却（淬火）可以获得细小的晶粒，这有助于提高氧化耐受性。
此外，晶体结构也会影响氧化膜的形成和生长速率。
2.相变行为：镁及其合金在高温下可能发生相变，热处理可以改变相变行为，从而影响其氧化行为。
例如，通过固溶处理和时效处理可以改善合金的氧化抗性，降低氧化速率。
3.氧化膜形貌：热处理可以改变氧化膜的形貌和组成，从而影响其氧化行为。
例如，通过添加合金元素或施加电化学处理可以增加氧化膜的厚度和致密度，从而提高氧化抗性。
4.界面反应：热处理可以改变镁及其合金与氧化膜之间的界面反应，从而影响其氧化行为。
例如，通过合金元素的扩散可以增加界面的稳定性，减轻氧化反应。
总之，热处理可以通过改变镁及镁合金的晶体结构、相变行为、氧化膜形貌和界面反应来影响其氧化行为。
通过合理设计和优化热处理工艺，可以提高镁及镁合金的氧化抗性，并且拓展其应用范围。
然而，目前对于热处理对镁及镁合金氧化的影响的研究还相对较少，未来还需要进行更多深入的研究来解决这个问题。
毛文超
2、阻燃镁合金
1）压铸过程中的阻燃 2）添加合金元素阻燃 3）稀土阻燃（镁合金中添加稀土元素）
目前有关在镁合金中添加稀土的研究主要集中在改善镁合金的高 温强度和稀土对镁合金组织的影响方面，对于混合稀土阻燃镁合 金的研究，我们主要从它对镁合金阻燃温度的影响和机理分析两 个方面开展，而机理分析主要依靠原有的一些基础理论以及一些 先进的实验仪器进行分析研究。
题目：热处理对阻燃镁合金ZM50.1%RE组织和性能的影响
专业：机械设计制造及其自动化 学号：200815144102 学生：毛文超 指导老师：邓正华
问题：
1、阻燃镁合金ZM5-0.1%RE是什么？ 2、怎样选择热处理的方法？ 3、热处理对阻燃镁合金ZM5-0.1%RE 组织和性能有什么影响？
1、镁及镁合金
1）镁及镁合金的性质
密度小 、吸震性能高 、尺寸稳定性高 、高的自动化生产能力和高的模具寿 命 、良好的铸造性能 、高的模铸生产率 、 良好的切削性 、可回收再用、 高散热性 、高电磁干扰屏障 、其它特性等
2）镁及镁合金的分类
镁合金一般按三种方式分类：化学成分、成形工艺和是否含变质剂锆。 根据工艺加工工艺划分，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。
3）主要合金元素对镁合金的作用
主要合金元素包括铝、锌、锰、硅、锆、稀土元素等
稀土元素在镁合金中的应用可分为两个方面，其一是改良镁合金性能的合金 添加剂，细化晶粒、提高合金的高温强度；另一方面是主合金元素，与其它 系镁合金相比，镁-稀土合金具有时效强化效应，室温和高温强度较高的特点。
热处理手册（第四版）第一卷 工艺基础 536页
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280℃水淬
280℃退火
硬度表
条件 未热处理 220℃退火 220℃淬火 250℃退火 250℃淬火 280℃退火 280℃淬火
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第三节
工业镁合金分类
工业镁合金
• ①按生产工艺：
• 铸造镁合金，ZM+数字顺序号
镁合金零部件还被通过用涂层的方法进行表面处理。
• 目前，这些研制生产出的军用镁合金零部件已进入实际演示验 证和考核阶段，预计不久将得到初步应用。
六、镁合金的应用
汽车工业的应用
• 上世纪八十年代初，严格控制铁、铜、镍等杂质含量，镁合金 的耐蚀性得到了解决，同时，成本下降又大大促进了镁合金在汽 车上的应用. •镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在 过去十年里，其年增长速度超过15%。 •在欧洲，已经有300种不同镁制部件用于汽车，每辆欧洲生产的 汽车上平均使用2.5kg镁。每辆汽车对镁的需求将提高至70～ 120kg。
三、镁合金热处理的主要类型
• 与铝合金基本相同，但镁合金中原子扩散速度慢， 淬火加热后，通常采用静止式，流动空气中冷却即 可. • 热处理时，工艺上应特别注意防止零件在高温加热
过程中发生氧化与燃烧.
• 选用带空气循环的电炉，炉温波动<±5℃，不锈钢
炉内保持中性气氛（CO2、Ar）或0.5-1%SO2的大气
• T61采用热水淬火，可提高实际强化效果，
• 对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr系合金，与铸
态性能相比，T6（一般为空冷）使强度↑40-50%，
而T61 ↑ 60%-70%，延伸率保持不变。
三、镁合金热处理的主要类型
（6）氢化处理
• 提高Mg-Zn-RE-Zr系合金的力学性能，效果显著。
• 氢化处理的缺点是：氢扩散较慢，厚壁铸件所需 保温时间较长，需要专门的渗氢设备。 • 热处理常见的缺陷为不完全淬火、晶粒长大、表 面氧化、过烧及变形等。
一、主要合金元素及其作用 2、Mg合金化原则 • 利用固溶强化和时效处理所造成的沉淀硬化
来↑合金的常温和高温性能.
• 合金元素在镁基体中应有较高的固溶度，有
明显的温度关系.
• 需考虑合金元素对抗腐蚀和工艺性的影响.
一、主要合金元素及其作用
3、镁合金常用的几个合金系：
• Mg-Al-Zn系 如MB2、MB3、ZM5
二、镁合金的固态相变特点
• 和铝合金相比，镁合金的基本固态相变形式是过 饱和固溶液的分解，也是时效硬化的理论依据。 • 1.Mg-Al系合金 ：平衡组织是δ固溶体+Mg17Al12 化合物，从437℃的12.6%降到室温下的1%。不 存在预沉淀和过渡相阶段。 • 2.Mg-Zn系合金：存在预沉淀阶段，在110℃以下， G.P.区→β′→β（MgZn）。 • 在110℃以上，不形成G.P.区，而是α→ β′→β （MgZn）。添加Zr可细化晶粒。
丰富. • 镁合金优点：密度小<Al，比强度和比刚度较高，减 震性好、切削性能和抛光性能好，易锻易加工. • 镁合金缺点：潮湿大气中耐蚀性差、缺口敏感性较大.
dolomite白云石
Magnesite菱镁矿
Carnallite光卤石
二、镁的发展过程
• 1775年：发现了镁的化合物。 • 1808年：英国戴维用钾还原氧化镁，制得镁。
• 室温下，与大气中氧作用，形成较脆的薄膜，耐蚀性很差.
室温强度低、塑性差：纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右， 其多晶体的强度和硬度很低，不能直接用做结构材料。
加工状态
铸MPa
E/ GPa
ε(％)
ψ(％)
HBS
11.5 20.0
2.5 9.0
45 45
8 11.5
进行的退火处理。
• 如：Mg-Al-Zn系铸造合金ZM5的退火规程为350℃加热23h，空冷，冷却速度对性能无影响。
三、镁合金热处理的主要类型
（3）T4,淬火处理。 • 可以提高合金的抗拉强度和延伸率，ZM5常用此 规范。 • 为提高过饱和固溶度，淬火温度只比固相线低510℃。加热时间较长（砂型厚壁铸件） • 如：ZM5金属型铸件，415 ℃加热8-16h • 薄壁（<10mm）砂型铸件加热12-24h。 • 厚壁（>20mm）铸件为360 ℃3h+420 ℃21～29h。
舶、海底管线、钻井平台；机场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处 理厂、石化工厂、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、 锅炉等设备.
六、镁合金的应用
电子工业
汽车工业
航空航天工业
六、镁合金的应用
镁合金抗震自行车架
六、镁合金的应用
镁合金车轮
六、镁合金的应用
国防工业领域 由于镁及镁合金耐冲击，如果能够开发出与铝合金 耐蚀性能相当的镁合金，则其在兵器等各种军用领域 将有着广阔的应用前景。 如照明弹用镁粉、穿甲弹用高比强度镁合金弹托材 料，以及可用变形镁合金制造的战术航空导弹舱段、 副翼蒙皮、壁板和雷达、卫星上用的镁合金井字梁、 相机架和外壳等零件。
9 12.5
30 36
四、镁合金的特点
• 重量轻：镁合金是最轻的工程结构材料。镁的密度 1.74，约为钢的1/4，铝的2/3，为工程塑料的1.5倍.
• 比强度、比刚度高：镁合金的比强度明显高于铝合金 和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料， 为一般塑料的10倍. • 减振性好：相同载荷下，是 铝的100倍，钛合金的300～ 500倍. • 磁屏蔽性佳.
钛合金，常用合金中比热最高.
• 质感佳：外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感.
• 可回收性好：花费相当于新料价格的4%，可回收利
用镁合金制品及废料.
五、纯镁的应用
生产铝合金：铝合金中的添加元素。2002年全世界共用了14.56 万吨镁，占40%；我国2003年共用2.1万吨镁，占41%。镁与原 铝的消费比率约为0.4%.
六、镁合金的应用
六、镁合金的应用
武器上的镁合金
六、镁合金的应用
国防工业领域
• 武器轻量化是现代兵器的发展趋势，利用镁合金取代现有武器 上的一些零部件正成为各国研究的热点。 • 有关单位已分别通过锻造或铸造成型方式开发出了变形镁合金 冲锋枪机匣、枪尾、提把、前扶手、枪托体、大托弹板、瞄具 座、小弹匣座以及军用铸造合金发动机进出水管和发动机滤座 等军品武器用零部件，其中部分对耐蚀耐磨有较高要求的军用
二、镁合金的固态相变特点
• 3.Mg-Re系合金：时效强化相为Mg9RE或Mg12RE。
• 钕（Nd）在α固溶体中溶解度较大（约4%）。
• 铈、镧、镨的最大溶解度分别为为0.74%、1.9%、 2.0%。 • 故Mg-Nd系合金的时效强化效果最显著. • 4.Mg-Mn系合金 • 单独的Mg-Mn系合金应用较少，改善合金耐热性 及抗蚀性具有良好作用.
一、主要合金元素及其作用
1、按合金元素与镁的作用性质，镁的二元相图可分 为；
• （1）在液态及固态只能有限互溶的合金系，如 Mg与Na、K、V等
• （2） 在液态及固态均可完全互溶的合金系，如 Mg-Cd • （3） 在固态有限溶解并具有共晶或包晶转变的 二元系，大多数属于这种情况。
Mg-Al合金相图
试制成功了气门室罩盖、变速箱盖等镁合金压铸件，其中气门室罩盖已通 过装车试验。
东风汽车公司：
以镁合金变速箱上盖的产业化应用为重点突破对象，完成了10万次规范的 台架试验，并顺利通过考核；同时对已装车的真空助力器中间隔板、左右 脚踏步的应用情况调查表明其应用效果良好。
第二节 镁的合金化及热处理原理
淬火加热后一般为空冷。
三、镁合金热处理的主要类型
• （4）T6,淬火+人工时效。 • 目的：提高合金的屈服强度，塑性有所降低。
• 主要应用于Mg-Al-Zn系和Mg-RE-Zr系合金。
• 高锌的Mg-Zn-Zr系合金，为充分发挥实际强化效
果，也可选用T6处理。
• （5）T61,热水中淬火+人工时效。
Mg-Zn合金相图
一、主要合金元素及其作用
（3）Re合金元素的作用
• 稀土金属除可改善合金的耐热性外，对降低合金
氧化速率也有帮助 • Mg-Re系合金具有良好的铸造工艺性和热变形能 力。 • 例：钕（Nd）综合作用最佳，高低温强化效果均 好。 • 铈（Ce）或铈混合稀土金属，对改善耐热性效果
较好，常温强化效果低。
六、镁合金的应用
六、镁合金的应用
重庆长安集团公司： JL462Q发动机变速器上、下壳体： 已形成年产1500t汽车变速器压铸的生产能力。2003年底，变速器上下 壳体、箱体延伸体和缸罩等7个零件已批量装车，并通过了小批量装车试验， 目前正在进行批量生产前的最后中批量装车考核中；此外，该公司还打算 用镁合金取代更多的零部件，如方向盘、座椅内架等，逐步使每辆车用量 达到20Kg。 一汽集团：
三、镁的基本性质
• 具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性.
• 热导率: 156 W/(m· K).
• 低的强度、韧性、抗蚀性，易与氧作用而燃烧，限
制了镁的应用. • 用Al、 Zn、Mn、稀土等进行合金化生产具有高比 强度镁合金 .
三、纯镁物理及其冶金性质
化学活性高：
• 潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中剧 烈的腐蚀。 • 干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四 氯化碳、汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。
Boys, Be Ambitious.
有色金属及热处理
第三章 镁及镁合金
第一节 镁及镁合金的基本特征
第二节
第三节 第四节 第五节
镁的合金化及热处理原理
工业镁合金 先进镁合金材料发展方向 我国镁合金材料开发与研究情况
第一节
一、概述
镁及镁合金的基本特征
• 资源丰富，仅次于铝、Fe，地壳含量2.35%. 我国资源
• 1991年：全球汽车用镁压铸件2.5万吨。 • 1995年：全球汽车用镁压铸件5.6万吨。 • 2000年：全球汽车用镁压铸件近15万吨，占全球镁压铸件的